一種河流自動攔沙系統
2024-04-13 20:10:05
1.本發明涉及水利工程中河流泥沙技術領域，尤其涉及一種河流自動攔沙系統。
背景技術：
2.泥沙淤積問題始終是導致河床抬高、河道過流能力下降的一個重要因素。目前，主要應對手段包括機械清淤與調水調沙兩種。其中，機械清淤主要是通過挖泥船、挖掘機等機械設備直接從河床上將泥沙挖除；調水調沙則是通過人為製造高速水流來提高水體挾沙力，進而使泥沙被水流帶走。但是，機械清淤通常耗資巨大且對水生生物有較大影響；調水調沙則通常通過閘門、大壩集中洩洪等途徑實現，因而對缺少閘門、大壩等水工建築物的河道適用性不佳，且僅能將泥沙從上遊搬運到下遊而不能將其移出河道。
技術實現要素：
3.本發明的目的在於提供一種河流自動攔沙系統，從而解決現有技術中存在的前述問題。
4.為了實現上述目的，本發明採用的技術方案如下：
5.一種河流自動攔沙系統，包括用於攔截河流中泥沙並將泥沙運送到岸上的河道攔沙裝置以及用於衝洗並收集攔沙裝置中泥沙的衝洗過濾裝置；所述河道攔沙裝置包括環形攔沙帶以及與環形攔沙帶相連的驅動裝置；
6.所述環形攔沙帶包括底面攔沙部、背水面攔沙部、迎水面斜向支撐杆和中間豎向支撐杆，所述底面攔沙部和所述背水面攔沙部均呈環形，所述背水面攔沙部同軸設置在所述底面攔沙部的內周側；所述背水面攔沙部的周向一側與所述底面攔沙部的周向一側固定連接，所述背水面攔沙部的周向另一側向所述底面攔沙部的內周側傾斜延伸，所述底面攔沙部的周向另一側沿其周向間隔設置有多個向其內周側傾斜延伸的迎水面斜向支撐杆，所述迎水面斜向支撐杆的延伸端與所述背水面攔沙部的延伸端固定連接，兩者的連接處沿其周向間隔設置有多個中間豎向支撐杆，所述中間豎向支撐杆沿垂直於所述底面攔沙部的方向延伸並與所述底面攔沙部的內側面固定連接，進而構成橫截面為三角形的環形攔沙帶；所述背水面攔沙部靠近所述底面攔沙部的一側以及中間豎向支撐杆與背水面攔沙部之間的底面攔沙部的內側面均對應鋪設有攔沙濾網；
7.所述驅動裝置包括主動齒輪組、上從動齒輪組、下從動齒輪組、第一上託輪組、第二上託輪組、斜託輪組和下託輪組；所述主動齒輪組和第一上託輪組設置在河道的一側河岸上，所述主動齒輪組和所述第一上託輪組緊鄰設置；所述上從動齒輪組、第二上託輪組、斜託輪組和衝洗過濾裝置設置在河道的另一側河岸上，所述第二上託輪組設置在所述上從動齒輪組靠近河道的一側的斜上方，所述斜託輪組傾斜設置在所述上從動齒輪組遠離河道一側的斜上方；水面下方靠近河道兩側河岸的位置處分別設置有一個下從動齒輪組；所述下託輪組設置在所述下從動齒輪組與河床之間；
8.在河道橫斷面垂直水流方向布設環形攔沙帶，所述環形攔沙帶依次繞過所述主動
齒輪組和第一上託輪組、上從動齒輪組、斜託輪組、第二上託輪組、靠近一側河岸的下從動齒輪組、下託輪組、靠近另一側河岸的下從動齒輪組；所述環形攔沙帶的外周側與所述主動齒輪組、所述下從動齒輪組以及所述上從動齒輪組對應嚙合，所述環形攔沙帶的內周側經所述第一上託輪組、斜託輪組、第二上託輪組和下託輪組對應配合支撐；
9.所述環形攔沙帶在主動齒輪組的驅動下繞從動齒輪組和託輪組轉動，將河道內的泥沙帶到岸上的衝洗過濾裝置處進行衝洗，衝洗乾淨的環形攔沙帶再次進入河道內攔沙。
10.優選的，所述底面攔沙部和所述背水面攔沙部均由多排滾子鏈條並列排布構成。
11.優選的，所述主動齒輪組、上從動齒輪組和下從動齒輪組中的齒輪數與構成底面攔沙部的滾子鏈條的排數相等。
12.優選的，所述第一上託輪組、下託輪組、第二上託輪組以及斜託輪組均由至少一個託輪構成，所述託輪為v形託輪。
13.優選的，所述上從動齒輪組能夠被替換為主動齒輪組。
14.優選的，所述衝洗過濾裝置包括裝置箱體和設置在所述裝置箱體頂部內壁上的電動水泵；所述裝置箱體內部自上而下依次平行間隔設置有四個透水隔板，相鄰的兩個透水隔板之間自上而下分別填充有粗沙、中沙、細沙；位於最下方的透水隔板與裝置箱體的底部之間填充有濾布；所述裝置箱體的側面分別設置有與其內部連通的裝卸窗口和攔沙帶進出口，所述裝卸窗口上對應覆蓋有可拆卸的壁板，所述攔沙帶進出口和裝卸窗口均位於處於最上方的透水隔板的上方；所述裝置箱體底部設置有與其內部連通的箱體出水管；
15.所述電動水泵的進水口連接有水泵抽水管，所述水泵抽水管連接到河水中；所述電動水泵的出水口連接有三個衝洗管組，每個衝洗管組都包括至少一個水泵出水管，三個衝洗管組的出水端分別朝向底面攔沙部鋪設攔沙濾網位置處的外側面、背水面攔沙部鋪設攔沙濾網位置處的外側面、背水面攔沙部與底面攔沙部之間的位置。
16.優選的，系統還包括用於為河道攔沙裝置以及衝洗過濾裝置提供電力的發電儲電裝置；所述發電儲電裝置包括發電裝置和與發電裝置相連的蓄電池，所述發電裝置和蓄電池均通過電線與主動齒輪組的電動機以及電動水泵的電動機相連。
17.優選的，所述發電裝置為水力發電和/或太陽能發電和/或風力發電。
18.本發明的有益效果是：1、與機械清淤相比，自動攔沙系統耗資小且基本不影響河床穩定及水生生態。2、與調水調沙相比，自動攔沙系統不需要建設閘門或大壩等水工建築物，適用範圍廣而耗資小，不影響河道航運，且能夠有效將泥沙移出河道。3、自動攔沙系統能夠實現自動化攔截泥沙並將泥沙運送到河岸上，衝洗過濾裝置能夠實現環形攔沙帶的自動清潔，實現整個系統的自動化工作。4、通過調整環形攔沙帶的尺寸與重量、攔沙濾網目數、水輪機出力、發電機功率、主動齒輪組的電動機功率、電動水泵功率等參數，使得自動攔沙系統能夠滿足不同河道、不同含沙水體的攔沙要求。5、自動攔沙系統結構簡單、便於安裝、成本低廉，可利用水流動力實現系統供電，可不需要外界提供能源，是一種較為理想的攔沙系統。
附圖說明
19.圖1是本發明實施例中自動攔沙系統的布設原理圖；圖中左側箭頭表示環形攔沙帶的轉動方向；右側箭頭表示主動齒輪組的轉動方向；
20.圖2是本發明實施例中河道攔沙裝置的橫截面示意圖；圖中箭頭表示水流方向；
21.圖3是本發明實施例中滾子鏈條的結構示意圖；
22.圖4是本發明實施例中主動齒輪組的結構示意圖；
23.圖5是本發明實施例中從動齒輪組的結構示意圖；
24.圖6是本發明實施例中託輪組的結構示意圖；
25.圖7是本發明實施例中衝洗過濾裝置的結構示意圖；
26.圖8是本發明實施例中水力發電儲電裝置的結構示意圖；圖中箭頭表示水流方向。
27.1、環形攔沙帶；101、迎水面斜向支撐杆；102、背水面攔沙部；103、底面攔沙部；104、中間豎向支撐杆；105、攔沙濾網；2、衝洗過濾裝置；201、裝置箱體；202、電動水泵；203、水泵抽水管；204、水泵出水管；205、透水隔板；206、粗沙；207、中沙；208、細沙；209、濾布；210、箱體出水管；211、壁板；212、攔沙帶進出口；3、主動齒輪組；4、上從動齒輪組；5、下從動齒輪組；6、第一上託輪組；7、第二上託輪組；8、斜託輪組；9、下託輪組；10、河岸；11、河床；12、水面；13、銷軸；14、外鏈板；15、內鏈板；16、滾子；17、套筒；18、支架；19、齒輪；20、電動機；21、輪軸；22、v形託輪；23、水輪機；24、發電機；25、蓄電池；26、電線。
具體實施方式
28.為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施方式僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
29.實施例一
30.如圖1所示，本實施例中，提供了一種河流自動攔沙系統，包括用於攔截河流中泥沙並將泥沙運送到岸上的河道攔沙裝置以及用於衝洗並收集攔沙裝置中泥沙的衝洗過濾裝置2。下面分別對河道攔沙裝置以及衝洗過濾裝置2進行說明。
31.一、河道攔沙裝置
32.所述河道攔沙裝置包括環形攔沙帶1以及與環形攔沙帶1相連的驅動裝置；
33.(1)環形攔沙帶1(參見圖2)：包括底面攔沙部103、背水面攔沙部102、迎水面斜向支撐杆101和中間豎向支撐杆104，所述底面攔沙部103和所述背水面攔沙部102均呈環形，所述背水面攔沙部102同軸設置在所述底面攔沙部103的內周側；所述背水面攔沙部102的周向一側與所述底面攔沙部103的周向一側固定連接，所述背水面攔沙部102的周向另一側向所述底面攔沙部103的內周側傾斜延伸，所述底面攔沙部103的周向另一側沿其周向間隔設置有多個向其內周側傾斜延伸的迎水面斜向支撐杆101，所述迎水面斜向支撐杆101的延伸端與所述背水面攔沙部102的延伸端固定連接，兩者的連接處沿其周向間隔設置有多個中間豎向支撐杆104，所述中間豎向支撐杆104沿垂直於所述底面攔沙部103的方向延伸並與所述底面攔沙部103的內側面固定連接，進而構成橫截面為三角形的環形攔沙帶1；所述背水面攔沙部102靠近所述底面攔沙部103的一側以及中間豎向支撐杆104與背水面攔沙部102之間的底面攔沙部103的內側面均對應鋪設有攔沙濾網105。
34.所述底面攔沙部103和所述背水面攔沙部102均由多排滾子鏈條並列排布構成。迎水面斜向支撐杆101與中間豎向支撐杆104均為剛性支撐杆，迎水面斜向支撐杆101與中間豎向支撐杆104均每隔一定間距布設，底面攔沙部103的多排滾子鏈條、背水面攔沙部102的
多排滾子鏈條均連續布設，進而形成環形攔沙帶1。中間豎向支撐杆104將底面攔沙部103的內側面一分為二，在背水面攔沙部102的內側鋪設攔沙濾網105、在中間豎向支撐杆104與背水面攔沙部102之間的底面攔沙部103內側面鋪設攔沙濾網105，進而過濾河道水流中的泥沙。
35.參見附圖1，環形攔沙帶1在使用的時候，環形攔沙帶1的迎水面正對來水方向，底面攔沙部103位於環形外周側，而迎水面斜向支撐杆101和背水面攔沙部102位於環形內周側，從而通過攔沙濾網105將來水方向上的泥沙攔截在底面攔沙部103與背水面攔沙部102之間。
36.(2)驅動裝置(參見圖1)：包括主動齒輪組3、上從動齒輪組4、下從動齒輪組5、第一上託輪組6、第二上託輪組7、斜託輪組8和下託輪組9；所述主動齒輪組3和第一上託輪組6設置在河道一側河岸10上(如圖1所示，設置在右側河岸上)，所述主動齒輪組3和所述第一上託輪組6緊鄰設置；所述上從動齒輪組4、第二上託輪組7、斜託輪組8和衝洗過濾裝置2設置在河道的另一側河岸10上(如圖1所示，設置在左側河岸上)，所述第二上託輪組7設置在所述上從動齒輪組4的靠近河道一側的斜上方，所述斜託輪組8傾斜設置在所述上從動齒輪組4的遠離河道一側的斜上方；水面12下方靠近河道一側河岸10的位置處和靠近另一側河岸10的位置處分別設置有一個下從動齒輪組5，所述下託輪組9設置在所述下從動齒輪組5與河床11之間；具體的，下託輪組位於所述環形攔沙帶1的內周側，其用於支撐位於其上側的攔沙帶，避免位於其上側的攔沙帶下垂幹擾位於其下側的攔沙帶。
37.本實施例中，在河道橫斷面垂直水流方向布設環形攔沙帶1，所述環形攔沙帶1依次繞過所述主動齒輪組3和第一上託輪組6、上從動齒輪組4、斜託輪組8、第二上託輪組7、靠近一側河岸10的下從動齒輪組5、下託輪組9、靠近另一側河岸10的下從動齒輪組5；所述環形攔沙帶1的外周側(具體為底面攔沙部103的外側面)與所述主動齒輪組3、所述下從動齒輪組5以及所述上從動齒輪組4對應嚙合，所述環形攔沙帶1的內周側(具體為背水面攔沙部102的外側面以及迎水面斜向支撐杆101)經所述第一上託輪組6、斜託輪組8、第二上託輪組7和下託輪組9對應配合支撐。
38.本實施例中，所述主動齒輪組3、上從動齒輪組4和下從動齒輪組5中的齒輪數與構成底面攔沙部103的滾子鏈條的排數相等。
39.如圖3所示，構成底面攔沙部103和背水面攔沙部102的多排滾子鏈條由內鏈板15、外鏈板14、銷軸13、滾子16、套筒17構成，其結構以及各部件的連接關係如圖3所示。
40.如圖4所示，主動齒輪組3由支架18、齒輪組、電動機20和輪軸21構成，齒輪組中包括的齒輪19數量可以根據實際情況進行設置(圖中以三個齒輪為例)。齒輪經輪軸21設置在支架18上，電動機20與輪軸21相連，驅動齒輪19運動，為環形攔沙帶1提供驅動力。
41.如圖5所示，從動齒輪組與主動齒輪組3的結構相似，包括支架18、齒輪組和輪軸21；齒輪組中包括的齒輪19數量可以根據實際情況進行設置(圖中以三個齒輪為例)。齒輪19經輪軸21設置在支架18上，輔助環形攔沙帶1實現轉動。
42.如圖6所示，所述第一上託輪組6、下託輪組9、第二上託輪組7以及斜託輪組8中託輪均由至少一個託輪構成，所述託輪為v形託輪22。託輪組的具體結構如圖6所示，包括v形託輪22、輪軸21和支架18，v形託輪22經輪軸21與支架18連接，為環形攔沙帶1提供支撐力。
43.本實施例中，一側(圖1中為右側)河岸10上布置一個主動齒輪組3(齒輪數等於構
成底面攔沙部103的滾子鏈條的排數)和一個第一上託輪組6，第一上託輪組6託住環形攔沙帶1的迎水面和背水面以使得主動齒輪組3內各齒輪均齒合於構成底面攔沙部103的各排滾子鏈條。另一側(圖1中為左側)的河岸10上布置一個上從動齒輪組4(靠近河道)和兩個託輪組(分別是第二上託輪組7和斜託輪組8，第二上託輪組7靠近河道，斜託輪組8遠離河道，第二上託輪組7和斜託輪組8分別位於上從動齒輪組4靠近河道一側的斜上方和遠離河道一側的斜上方)，引導從河床11底部(下側)轉出的環形攔沙帶1經過衝洗過濾裝置2並重新折回河道；上從動齒輪組4的輪軸21水平布設，斜託輪組8的輪軸21傾斜布設，進而使得二者之間的環形攔沙帶1(下側)在經過衝洗過濾裝置2時迎水面向下方傾斜一定角度，以便於被衝洗掉的泥沙能夠順利脫離環形攔沙帶1。上從動齒輪組4可根據需要被修改為與對岸相同且轉速一致的主動齒輪組3。河床11上布設兩個下從動齒輪組5與一個下託輪組9(可根據需要增加下從動齒輪組5和/或下託輪組9的數量，下從動齒輪組5在環形攔沙帶1的外周側，而下託輪組9在環形攔沙帶1的內周側)，引導遠離河床11底部(上側)的環形攔沙帶1經水底向主動齒輪組3移動。
44.從動齒輪組與託輪組均無電動機20驅動，主動齒輪組3轉動方向使得貼近河床11(下側)的環形攔沙帶1放鬆(使其可緊貼河床11)而遠離河床11(上側)的環形攔沙帶1繃緊(避免其下垂而幹擾到下側環形攔沙帶1)，如此帶動環形攔沙帶1不斷旋轉；下側的環形攔沙帶1在緊貼河床11移動時，河道底層水流(推移質、躍移質泥沙的主要分布水層)所攜帶的泥沙被環形攔沙帶1的背水面攔沙部102內側鋪設的攔沙濾網105所攔截，河床11上的泥沙則被環形攔沙帶1的底面攔沙部103在中間豎向支撐杆104上遊方向部分擾動並被水流捲起，進而被水流帶入底面攔沙部103內側鋪設的攔沙濾網105而被攔截，如此不斷將泥沙從河道帶到衝洗過濾裝置2。
45.水流流速較快時水體挾沙量(即來沙量)較大；但水流流速快，水輪機轉速也快，發電機發的電量大，進而自動提高主動齒輪組3的轉速，提高環形攔沙帶1的轉動速度，提高攔沙量；整個過程自動調整，不需要人為控制。水流流速較慢時，則相反。
46.二、衝洗過濾裝置2
47.本實施例中，如圖7所示，所述衝洗過濾裝置2包括裝置箱體201和設置在所述裝置箱體201頂部內壁上的電動水泵202；所述裝置箱體201內部自上而下依次平行間隔設置有四個透水隔板205，相鄰的兩個透水隔板205之間自上而下分別填充有粗沙206、中沙207、細沙208；位於最下方的透水隔板205與裝置箱體201的底部之間填充有濾布209；所述裝置箱體201的側面設置有與其內部連通的裝卸窗口和攔沙帶進出口212，所述裝卸窗口上對應覆蓋有可拆卸的壁板211，所述攔沙帶進出口212和裝卸窗口均位於處於最上方的透水隔板205的上方；所述裝置箱體201底部設置有與其內部連通的箱體出水管210。
48.所述電動水泵202的進水口連接有水泵抽水管203，所述水泵抽水管203連接到河水中；所述電動水泵202的出水口連接有三個衝洗管組，每個衝洗管組都包括至少一個水泵出水管204，三個衝洗管組的出水端分別朝向底面攔沙部103鋪設攔沙濾網105位置處的外側面、背水面攔沙部102鋪設攔沙濾網105位置處的外側面、背水面攔沙部102與底面攔沙部103之間的位置。各個衝洗管組中包含的水泵出水管204的數量可以根據實際情況進行設置，以便更好地滿足實際需求。
49.環形攔沙帶1在驅動裝置的帶動下經攔沙帶進出口212進入裝置箱體201中進行衝
洗，衝洗完畢後的環形攔沙帶1在驅動裝置的帶動下再次進入水中進行攔沙。
50.裝置箱體201頂部內壁固定一個由電力驅動的電動水泵202，電動水泵202通過水泵抽水管203從河道抽水，電動水泵202的出水口連接三個出水管組，分別從迎水面向環形攔沙帶1內側、背水面外側、底面外側三個角度向環形攔沙帶1噴水，從而將環形攔沙帶1上的泥沙衝洗掉入箱體下側，實現攔沙濾網105的自清潔功能。
51.裝置箱體201下方為過濾部分，從上到下分別是粗沙206、中沙207、細沙208、濾布209，中間用透水隔板205分開，層層攔截水流中的泥沙。箱體底部連接一個出水管，將濾除泥沙後的水流輸回河道。裝置箱體201的裝卸窗口處覆蓋的可拆卸的壁板211，當被攔截的泥沙淤積到裝置箱體201內環形攔沙帶1的下側時，拆掉這塊壁板211，通過人工或機械設備經裝卸窗口將位於最上層的透水隔板205以上的泥沙清理到裝置箱體201之外並運送到指定位置。
52.實施例二
53.本實施例中，無論是河道攔沙裝置還是衝洗過濾裝置2，其在運行時都需要電力的驅動，因此在系統中設置用於為河道攔沙裝置以及衝洗過濾裝置2提供電力的發電儲電裝置。
54.所述發電儲電裝置包括發電裝置和與發電裝置相連的蓄電池25，所述發電裝置和蓄電池25均通過電線與所述主動齒輪組3的電動機20以及電動水泵202的電動機相連。在電力富餘的時候，發電裝置直接為河道攔沙裝置以及衝洗過濾裝置2供電，蓄電池25儲電；當電力吃緊時，蓄電池25放電為河道攔沙裝置以及衝洗過濾裝置2供電。
55.本實施例中，所述發電裝置的發電方式為水力發電和/或太陽能發電和/或風力發電。具體可以根據實際情況進行設置。
56.如圖8所示，本實施例中，由於系統臨近河道，因此可以直接使用水力發電儲電裝置為整個攔沙系統進行供電。在河道內迎來水方向設置水輪機23，發電機和蓄電池設置在水面12之上或河岸10上，水輪機23通過連接軸與發電機24相連，發電機24經電線26與蓄電池25相連，水流驅動水輪機23旋轉進而帶動發電機24發電。
57.水流流速較快時水體挾沙量(即來沙量)較大，較快的水流可以提高水輪機23轉速從而提高發電機的發電量，進而提高主動齒輪組的電動機20轉速，進而通過主動齒輪提高攔沙帶轉速，最終提高攔沙量；水流流速較慢時則相反；如此自動調節進而實現來沙量大時攔沙量也較大而來沙量小時攔沙量也較小的目的。
58.本實施例中，自動攔沙系統的工作原理為：發電儲電裝置通過水輪機23帶動發電機24發電進而為整個系統提供電力，通過蓄電池25充放電維持系統的最低用電；河道攔沙裝置通過主動齒輪組的電動機20帶動齒輪19進而帶動環形攔沙帶1旋轉進而不斷攔截河床11附近水流中的泥沙並將其帶到衝洗過濾裝置2；衝洗過濾裝置2通過電動水泵202從河道抽水，然後將水流噴向環形攔沙帶1，進而將環形攔沙帶1上的泥沙衝洗掉，最後通過粗沙206、中沙207、細沙208、濾布209截留泥沙並將過濾後的乾淨水流輸回河道。
59.通過採用本發明公開的上述技術方案，得到了如下有益的效果：
60.本發明提供了一種河流自動攔沙系統，與機械清淤相比，自動攔沙系統耗資小且基本不影響河床穩定及水生生態。與調水調沙相比，自動攔沙系統不需要建設閘門或大壩等水工建築物，適用範圍廣而耗資小，不影響河道航運，且能夠有效將泥沙移出河道。自動
攔沙系統能夠實現自動化攔截泥沙並將泥沙運送到河岸上，衝洗過濾裝置能夠實現環形攔沙帶的自動清潔，實現整個系統的自動化工作。通過調整環形攔沙帶的尺寸與重量、攔沙濾網目數、水輪機出力、發電機功率、主動齒輪組的電動機功率、電動水泵功率等參數，使得自動攔沙系統能夠滿足不同河道、不同含沙水體的攔沙要求。自動攔沙系統結構簡單、便於安裝、成本低廉，可利用水流動力實現系統供電，可不需要外界提供能源，是一種較為理想的攔沙系統。
61.以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本發明的保護範圍。